第二节挤出过程和挤出理论.ppt
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1、第二节 挤出过程和挤出理论,一、 挤出机的工作过程 塑料之所以能进行成型加工,是由其内在依据所决定的。由高分子物理学得知,高聚物一般存在着玻璃态、高弹态和粘流态三种物理状态,在一定条件下,这三种物理状态将发生相互转化。塑料的成型加工(压制、压延、挤出、注射等)是在粘流态下进行的。,(一)挤出过程,塑料由料斗进入料筒后,随着螺杆的旋转而被逐渐推向机头方向。 1、加料段-输送并开始压实物料 螺槽为松散的固体粒子(或粉末)所充满,胶料开始被压实。 2、压缩段 1)由于阻力,物料被压实 由于螺槽逐渐变浅,以及滤网、分流板和机头的阻力,在塑料中形成了很高的压力,把物料压得很密实。,2)外热、内热的作用,
2、物料熔融 同时,在料筒外热和螺杆、料筒对物料的混合、剪切作用所产生的内摩擦热的作用下,塑料的温度逐渐升高。对于常规三段全螺纹螺杆来说,大约在压缩段的三分之一处,与料筒壁相接触的某一点的塑料温度达到粘流温度,开始熔融。,3)物料全部熔融,变为粘流态 随着物料的向前输送,熔融的物料量逐渐增多。而未熔融的物料量逐渐减少,大约在压缩段的结束处,全部物料熔融而转变为粘流态,但这时各点的温度尚不很均匀。,3、均化段-均化、挤出 经过均化段的均化作用就比较均匀了,最后螺杆将熔融物料定量、定压、定温地挤入机头 4、机头-成型、定型 口模是个成型部件,物料通过它便获得一定截面的几何形状和尺寸。再经过冷却定型和其
3、它工序,就得到成型好的制品。,描写这一过程的参量有温度、压力、流率(或挤出量、产量)和能量(或功率)。有时也用物料的粘度,因其不易直接测得,而且它与温度有关,故一般不用它来讨论挤出过程。,(二)参变量,温度是挤出过程得以进行的重要条件之一。如前所述,物料从加入料斗到最后成型为制品是经历了一个复杂的温度过程的。 (如果我们以物料沿料筒方向的位移为横坐 标。而以温度为纵坐标,将沿料筒方向测 得的各点的物料温度值连成曲线,就会得 到所谓温度轮廓曲线,如图),1、温度,由图可见, 该曲线有一定的变化规律。实验告诉我们, 加工不同物 料和不同制品,这条轮廓曲线 是不相同的。,1)热量来源 根据挤出理论和
4、实践,物料在挤出过程中热量的来源主要有两个: a.物料与物料之间;物料与螺杆、料筒之间的剪切、摩擦产生的热量, b.料筒外部加热器提供的热量。,2)温度的调节 温度的调节是靠挤出机的加热冷却系统和控制系统进行的。一般说来, a.加料段-低温输送。 为加大输送能力,不希望加料段温度升得过高,相反有时要冷却;,b.压缩段和计量段高温熔融。 为了促使物料熔融,均化,物料要升到较高的温度。 c.橡胶挤出机则不一样。 为了便于物料的容易加入、输送、熔融、均化以及在低温下挤出,获得高质量、高产量的制品,每一种物料的挤出过程应有一条合适的温度轮廓曲线。,应当指出,物料的温度轮廓曲线、料筒的温度轮廓曲线和螺杆
5、的温度轮廓曲线是不相同的。一般情况下我们测得的温度轮廓线是料筒的,而不是物料的。物料的温度测量较难,由上图可见,其温度轮廓线有一个变化的幅度。螺杆的温度轮廓线较料筒的温度轮廓线为低,而较物料温度轮廓线为高。 应当指出,料筒和螺杆的设计对挤出过程的热量的产生有很大影响。,3)温度波动 上图所示的温度轮廓线只是稳定挤出过程温度的宏观表示。如果深入研究每一温度测示点的温度,就会发现,即使在稳定的挤出过程中,其温度相对于时间也是一个变化的值,而且这种变化往往具有一定的周期性。,A、 MD方向的温度不均匀性(轴向温度波动) 沿物料流动方向温度的波动情况,我们称之为物料流动方向的温度波动(一般文献上记作M
6、D方向的温度不均匀性)。波动情况因测试点不同会有不同。有的波动达10左右。,B、 TD方向的温度不均匀性(径向温差) 我们还会发现,垂直于物料流动方向的截面内的各点之间的温度有时也不一致,我们称之为径向温差(一般文献中记作TD方向的温度不均匀性)。有的螺杆其头部的径向温差竟达10以上。,C、对挤出质量的影响-精密制品用精确温度控制 当然,我们往往只是对在机头处或螺杆头部测得的这种温度变化感兴趣,因为它们直接影响挤出质量。 这种MD方向的温度波动和TD方向的温差,给制品质量带来非常不良的后果: 制品产生残余应力 各点强度不均匀 表面灰暗无光泽等。,努力的方向应当是尽可能减少或消除这种波动和温差。
7、 产生这种波动和温差的原因很多,如加热冷却系统不稳定,螺杆转数的变化等,但以螺杆设计的好坏影响最大。,2、压力,1)压力的建立 挤出成型时,沿料筒轴线方向,在物料内部就要建立起不同的压力 a.压缩比的存在(螺槽深度的改变、料筒上的沟槽深度变化、螺距的改变),b.分流板、滤网和口模产生的阻力, c.压力的建立是挤出成型制品的重要条件 压力的建立也是物料得以经历物理状态变化、得到均匀密实的熔体、并最后得到成型制品的重要条件之一。,2)影响压力的因素 如果将沿料筒轴线 方向(包括口模) 测得的各点的物料 压力值作为纵座标, 以料筒轴线为横座 标做一曲线,即可 得到所谓压力轮廓 线,如右图所示。,影响
8、各点压力数值和压力轮廓曲线形状的因素很多: a.机头、分流板、滤网的阻力, b.加热冷却系统, c.螺杆转数, d.螺杆和料筒的结构。,图中为常规三段螺杆和料筒加料段内壁不开沟槽的挤压系统的压力轮廓曲线,压力峰值位于计量段开始处(或其前后),研究挤出过程的压力轮廓曲线对挤出过程的了解和改进螺杆、料筒的设计有着重要的意义。,3)压力波动对制品的影响 若深入研究每一压力测示点的压力,也会发现,压力随着时间发生周期性的波动,这种波动对制品的质量同样有不利 影响。螺杆、料筒的设计、螺杆转数的 变化、加热冷却系统的不稳定性都是产 生压力波动的原因。努力的方向应当是 减少、消除这种波动。,3、流率(挤出量
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